对缺省n-可扩图和Halin图OHP问题的研究

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本文主要研究图论及其应用中两个方面的问题:1、缺省n-可扩图:2、求赋权Halin图任意给定两点之间最优Hamilton路的有效算法。 论文的第一章介绍了文中所涉及的相关概念和术语、对可扩图的研究现状和对Halin图Hamilton性的研究现状,并以此为背景引入论文研究的对象:缺省n-可扩图和Halin图的OHP问题。 论文的第二章到第五章对缺省n-可扩图进行了多角度的研究。主要结论可概括为以下五部分: 1.解决了缺省,n-可扩图连通度的取值范围问题,证明缺省n-可扩图的连通度可以取任意自然数。而Plummer[1]证明了n-可扩图的连通度至少为n+1,故缺省,n-可扩图在连通度方面比n-可扩图更复杂。 2.分别刻画了连通度为1,连通度不小于2和连通度不小于n的缺省n-可扩偶图并给出连通度取值不同的缺省,n-可扩偶图的若干性质。得到: 定理2.2.1:设偶图G=(U,W)满足:|W|=|U|+1和κ(G)=1。设x是G的割点,H=(X,Y)是G-x的一个分支并且正整数n≤(|V(G)|-2)/2,则G是缺省n-可扩图当且仅当下面语句成立: (1)‖X|-|Y‖≤1; (2)G-x只有两个奇分支而没有偶分支或者G-x的所有分支都是偶分支; (3)若|X|=|Y|=m,则H是s-可扩图并且G[V(H)∪{x}]是缺省t-可扩图,其中s=min{n-1,m-1}并且t=min{n,m-1}; (4) 若|X|=|Y|+1=m+1,则 (4.1)x∈U,Y U并且X W: (4.2)若,m≥1,则H是缺省s-可扩图,其中s=min{n,m-1}; (4.3)若顶点u满足u∈V(H)并且xu∈E(G),则H-u的每个分支H’=(X’,Y’)是t-可扩图,其中m’=|X’|和t-=min{n-1,m’-1}; (5)若G-x有奇分支并且对G-x中的任意一个分支H=(X,Y),其中|X|=|Y|+1都有:|Γ<,G>(x)∩V(H)|<|X|,则d<,G>(x)≥n+1。 定理2.3.5:若偶图G=(U,W)满足:κ(G)≥2,正整数n≤(|V(G)|-2)/2,则下列语句等价: (1)G是缺省n-可扩图; (2)‖W|-|U‖-1成立并且若|W|-|U|=1,则对所有S W并且2≤|S|≤|W|-n,有:Γ<,G>(S)≥|S|+n-1。 (3)对所有u<,1>u<,2>,...,u<,n>∈U和W<,1>,W<,2>,...,W<,n.∈W,都有:图G’=G-u<,1>-u<,2>-...-u<,n>-W<,1>-w<,2>-...-w<,n>有几乎完美对集。 定理2.3.11:设偶图G=(U,W)满足:k(G)≥n和|W|=|U|+1,正整数n≤(|V(G)|-2)/2)/2。G是缺省,n-可扩图当且仅当对所有w∈W,G-W的所有分支都是(n-1)-可扩图。 定理2.3.2:设n为正整数,偶图G=(U,W)是缺省n-可扩图并且|W|=|U|+1。则对所有w∈W,G-w的分支为k-可扩图,其中k=min{k(G)-1,n-1}。 定理2.4.2:设图G=(U,W)是缺省n-可扩偶图,其中|W|=|U|+1并且2≤k(G)≤n。若S是G的最小点割集,则下列结论成立: (1)G-S有两个分支,其中一个分支是W中的一个顶点,另一个分支是偶图H=(X,Y),并且,若逛X W,Y U,则|X|-|Y|=k(G); (2)S U。 3.研究极小缺省,n-可扩偶图的结构和最小度。一个缺省,n-可扩图G是极小的当且仅当对所有e∈E(G),G-e不是缺省,n-可扩图。 论文第三章证明了极小缺省1-可扩图的最小度为1。并通过引入关键边和关键集的概念对连通度至少为2并且n≥2的极小缺省,n-可扩偶图的结构和最小度进行了研究。证明连通度至少为2并且n≥的缺省n-可扩偶图是极小的当且仅当图中所有边都是关键边,也证明了图中所有度数至少为n+2的顶点的导出子图为森林。此外,还得到连通度至少为2并且n≥2的极小缺省n-可扩偶图最小度的取值范围为[2,n+1]和连通度为1并且n≥的极小缺省,n-可扩偶图最小度的取值范围为[1,n+1]。并举图例证明当n≥,则对[2,n]中任意自然数s和对[1,n]中任意自然数t,存在连通度至少为2而最小度为s的极小缺省n-可扩偶图以及连通度为1和最小度为t的极小缺省n-可扩偶图。 4.从不同角度对缺省1-可扩偶图进行刻划,并根据其中一个刻划定理设计了一个判定缺省1-可扩偶图的算法。主要结论有: 定理4.1.1:设偶图G=(U,W)满足:|W|=|U|+1和|U|≥2。设u V(G),图G’=G∪{u}u{顶点u与W中所有顶点相连的边},则图G是缺省1-可扩图当且仅当G’是1-可扩图。 定理4.1.2:设偶图G=(U,W)满足:|W|=|U|+1和|U|≥2,则下面的语句等价: (1)G是缺省1-可扩图; (2)G只有一个最小点覆盖集U(3)对所有逛X U并且X≠φ,都有:|Γ<,G>(X)|≥|X|+1。 定理4.1.3:设偶图G=(U,W)满足:|W|=|U|+1和|U|≥2,M是G的一个几乎完美对集,w是G的M-非饱和顶点,则G是缺省1-可扩图当且仅当对所有v∈U,G中有一条M-交错路连接w和v。 此外,第四章引入了路径分解概念:设偶图G=(U,W)满足:|W|=|U|+1。若G=w+P<,1<+P<,2>+...+P<,r>,其中w∈W并且P<,i><1≤i≤r)满足下面两个条件之一: (1)P<,i>是奇路径并且仅在两个端点处与G<,i-1>相交,其中G<,i-1>=w+P<,1>+P<,2>+...+P<,i-1>; (2)P<,1>是起始于W∩G<,i-1>中一个顶点的偶路径,并且P<,i>与G<,i-1>没有其它交点,其中G<,i-1>=w+P<,1>+P<,2>+…+P<,i-1>: 则w+P<,1>+P<,2>+…P<,r>称为G的一个路径分解。并证明顶点数至少为5的偶图是缺省1-可扩当且仅当它有路径分解。该路径分解定理是对缺省1-可扩偶图结构的比较直观的描述。 5.刻划缺省n-可扩一般图和(2k+1)-临界图。若一个图至少有k+2个顶点并且删除该图中任意k个顶点,剩下的图都有完美对集,则该图为k-临界图。显然,(2k+1)-临界图是缺省k-可扩图。论文第五章利用M-交错路分别刻划了缺省,n-可扩一般图和(2k+1)-临界图。主要结论如下: 定理5.2.2:设图G有奇数个顶点,M是G的一个几乎完美对集,r是M非饱和顶点,正整数n≤(|V(G)|-2)/2。则下面两个语句等价: (1)G是缺省n-可扩图; (2)定义函数f(v):V(G)→V(G)如下: 任选F M,其中|F|=r并且0≤r≤n。在G-V(F)中任选(n-r)条独立边x<,i’y<,i>’(1≤i≤n-r)满足:x<,i’y<,i>’M。设f(x<,i>’)=x<,i>和f(y<,i>’)=y<,i>,其中1≤i≤n-r。令Z=({x}∪{x<,1>,x<,2>,...,x<,n-r>,y<,1>,y<,2>,...,y<,n-r>}){x<,1>’,x<,2>’,....x<,n-r>’,y<,1>’y<,2>’,...,y<,n-r>’},显然,|Z|为奇数。不妨设|Z|=2m+1。若m≥1,则G-(V(F)∪-(V(F))∪{x<,1>,x<,2>,...,x<,n-r>,y<,1>,y<,2>,...,y<,n-r>’})中存在m条独立的M-交错路P<,1>,P<,2>,…P<,m>将Z中的顶点成对相连并且起始和终止于E(G)M中的边。 定理5.3.5:设图G有奇数个顶点且|V|(G)|≥2k+3,其中k是整数。M是G的几乎完美对集,x是G的M-非饱和顶点。则G是(2k+1)-临界图当且仅当下面语句成立: (1) 任选G-x中2k个顶点x<,1>,x<,2>,...,x<,2>,G中存在k条独立M-交错路P<,1>,P<,2>,...,P<,k>将x<,1>,x<,2>,...,x<,2k>中的顶点成对相连并且P<,i>(i=1,2,...,k)起始与终止于M中的边; (2) 任选G中2斛2个顶点:u<,1>(x),u<,2>,…,u<,2k+2>,则G中存在k+1条独立的M-交错路P<,1>,P<,2>,...,P<,k+1>将u<,1>,u<,2>,...,u<,2k+2>中的顶点成对相连,其中,P<,1>起始于x,终止于{u<,2>,...,u<,2k+2>}中的一个顶点并且P<,1>的起始边在E(G)M中而终止边在M中:P<,i>(2≤i≤k+1)的起始边与终止边都在M中。 论文第六章利用递归压缩扇结构的方法,设计了一个求Halin图OHP问题的有效算法并证明其时间复杂度为O(|V|<3>)。
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